開題報告----基于plc的水箱液位測量系統(tǒng)的設(shè)計

1、<p>　　附錄：開題報告（或數(shù)據(jù)報告）</p><p>　　水箱液位測量系統(tǒng)的設(shè)計</p><p><b>　　1 選題依據(jù)</b></p><p>　　液位測量與控制是工業(yè)生產(chǎn)，如食品、制藥、化工、石油等，交通運輸，如飛機、船、汽車等油箱液位，大型儲油罐、城市供水與排水裝置及水塔水位控制等必不可少的檢測裝置。由此可見需要對液位

2、進行監(jiān)測與控制的場合非常多，而水箱液位的技術(shù)指標(biāo)是許多工業(yè)場合的重要參數(shù)，因此研制可靠且實用的水箱液位測量系統(tǒng)顯得非常重要。同時，在一些特殊工業(yè)現(xiàn)場，由于其使用環(huán)境和要求具有特殊性，要求液位測量裝置具有高靈敏度、高精度、高強度的性能，并在惡劣環(huán)境下具有持續(xù)穩(wěn)定的工作狀態(tài)。</p><p>　　本課題中以水箱液位為研究對象，采用一種利用純光學(xué)原理及力學(xué)原理設(shè)計的浮子式光纖液位傳感器，它精度高，抗干擾性能較好，具有較

3、強的實用性。本設(shè)計中液體是水，是一個浮子式液位傳感器的簡單應(yīng)用實例，雖然比較簡單，但其原理與其它復(fù)雜溶液液位測量的原理基本相同。</p><p>　　浮子式光纖液位傳感器是利用傳統(tǒng)的浮子式液位計原理，再加上光纖傳光系統(tǒng)按照一定的機理組合而成，它最大的特性是除信號檢測系統(tǒng)外，整個測量過程用的是純光學(xué)及力學(xué)原理，這個特性極大地拓寬了它的使用范圍，同時它操作簡單，誤差較小，是較為理想的液位傳感器之一。許多實驗結(jié)論表明，

4、 此傳感器的運用具有很大的實際意義， 因為傳感器的構(gòu)造和制作工藝是筒單的， 不用復(fù)雜的光學(xué)元件， 而且價格便宜， 經(jīng)久耐用，具有很強的實際應(yīng)用性和擴展性。</p><p>　　2 研究內(nèi)容和研究方法</p><p>　　2．1 研究內(nèi)容</p><p>　　完成水箱液位測量系統(tǒng)方案論證；水箱液位測量系統(tǒng)的硬件選擇；水箱液位測量系統(tǒng)的電路設(shè)計。</p>

5、;<p><b>　　研究方法</b></p><p>　　本課題中以水箱液位為研究對象，采用一種利用純光學(xué)原理及力學(xué)原理設(shè)計的浮子式光纖液位傳感器，它精度高，抗干擾性能較好，具有較強的實用性。課題中通過該液位傳感器采集液位信號，經(jīng)信號調(diào)理電路和放大電路對被測信號進行整理和放大后，輸出標(biāo)準電信號，液位的輸出可采用數(shù)字顯示或燈光顯示，也可設(shè)計報警功能。</p>&l

6、t;p><b>　　液位測量方法</b></p><p>　　傳感器在工作時浮子總是浮在被測液面上，此時浮子受到鋼繩拉力T，浮力F，重力G，液面不動時，T+F=G，三力平衡，當(dāng)液面上升的瞬間，浮子所受浮力有增大趨向，而拉力F還沒來的及發(fā)生變化。此時，T+F>G，所以浮子要隨液面上浮直至達到新的平衡，當(dāng)液位降低時，原理相同。這樣，浮子總是隨液面的改變而上下浮動。通過鋼繩的連接作用，

7、液面的改變量總與轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過的弧長相等，本傳感器的轉(zhuǎn)軸半徑r與轉(zhuǎn)盤的半徑R比為1：2，由此可知，若光學(xué)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過x弧長，則液位的改變量為=x／2，這樣根據(jù)盤的轉(zhuǎn)動量很容易測出液位的改變量。光學(xué)轉(zhuǎn)盤上光柵窗的最小寬度為0.8 mm，只需轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的弧長達到0.8 mm，則光探測量器就有光信號通過，由以上分析可知被測液位就有0.4 mm的改變量，因此由光柵的寬度確定該傳感器的精確度為0.4 mm，這是一般液位傳感器所不能比擬的。根據(jù)該傳感器的精確度

8、只要數(shù)出光學(xué)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過的光柵窗數(shù)目N，則被測液位的改變量△h=N×0.4 mm。</p><p>　　2.2.2 信號處理方法</p><p>　　實際測量液位的過程中，既看不到被測液面也看不到光學(xué)轉(zhuǎn)盤，唯一能夠得到的是信號顯示系統(tǒng)顯示的光脈沖信號，所以實際操作時必須對所得信號進行分析才能得到要測量的結(jié)果。如圖1所示，置兩根平行光纖在1位置，此時信號檢測系統(tǒng)得到的光信號為0 1狀

9、態(tài)，將光學(xué)轉(zhuǎn)盤逆時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)盤上2，3，4，5位置依次轉(zhuǎn)到光纖所在的1位置時檢測器得到的光信號分別為11，00，O1，11，反映到平面坐標(biāo)軸上，再經(jīng)疊加后進入顯示系統(tǒng)，顯示出如圖2(c)所示的方波波形信號。同理，當(dāng)光學(xué)轉(zhuǎn)盤順時針轉(zhuǎn)動則先將兩根平行光纖位于圖1中的5位置，當(dāng)4，3，2，1位置依次轉(zhuǎn)到光纖所在的5位置時，便在顯示器得到新的波形圖2（f）。由原理圖可知當(dāng)示波器上出現(xiàn)圖2（c）波形時，表示液位降低，出現(xiàn)圖2(f)波形時，液位升高

10、。由前面的精度分析可知顯示器上每顯示一個方波，表示轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過一個小光柵，以圖2(c)中波形為例，顯示了5個小方波，所以測定該液位降低了5×0．4 = 2．0 mm ，這樣通過信號處理，能方便快捷地測量液位的變化。</p><p>　　其中，波形圖2中（a）表示小光柵的波形圖，（b）表示大光柵的波形圖，（c）表示二者的疊加波形，（d）表示小光柵的波形圖，（e）表示大光柵的波形圖，（f）表示二者的疊加波形。

11、</p><p>　　圖1 光學(xué)轉(zhuǎn)盤上光柵窗示意圖</p><p>　　圖 2 信號顯示系統(tǒng)顯示的光信號</p><p>　　3 預(yù)計可獲得的成果</p><p>　　設(shè)計基于液位傳感器的液位測量系統(tǒng)，撰寫畢業(yè)論文，并撰寫說明書，能提供硬件連接的電路圖。 </p><p><b>　　4 工作進度計

12、劃</b></p><p>　　2008.12.20-2009.03.01 布置畢業(yè)設(shè)計、開始需求分析、查找資料</p><p>　　2009.3.1-2009.3.28 交開題報告，檢查初步分析，開始系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　2009.3.29-2009.4.11 完成系統(tǒng)分析，開始系統(tǒng)設(shè)計</p><p>

13、　　2009.4.12-2009.5.9 基本完成系統(tǒng)設(shè)計，逐步開始系統(tǒng)實現(xiàn)、調(diào)試</p><p>　　2009.5.10-2009.5.16 開始畢業(yè)設(shè)計說明書的撰寫，繼續(xù)系統(tǒng)實現(xiàn)、調(diào)試</p><p>　　2009.5.17-2009.5.23 軟硬件系統(tǒng)設(shè)計完畢，全面進入畢業(yè)設(shè)計說明書的撰寫</p><p>　　2009.5.24-2009

14、.5.27 修改、完善畢業(yè)設(shè)計論文</p><p>　　2009.5.28 完成全部畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，準備答辯資料</p><p><b>　　5 參考文獻</b></p><p>　　[1] 蘇東波.新型液位傳感器[J].傳感器技術(shù).1995 (3):56．</p><p>　　[2]

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